CIENCIA › DIALOGO CON EL FISICO ALEJANDRO FAINSTEIN

Jugando con la luz

La luz interactúa con la materia y produce nuevas entidades en las que se confunden materia y radiación y que abren la puerta para el estudio de una nueva gama de fenómenos.

 Por Leonardo Moledo

–Yo pensaba hacer una introducción larga presentándolo, pero resulta que ayer entregaron los premios Bernardo Houssay y se me redujo el espacio, así que lo haré breve: Alejandro Fainstein es doctor en Física, investigador de la CNEA y el Conicet, jefe del Laboratorio de propiedades ópticas del Centro Atómico Bariloche de la Comisión de Energía Atómica. ¿Está bien?

–Sí. Ponga además que soy esclavo de mis estudiantes.

–Bien. Y ahora cuénteme un poco de qué tratan sus investigaciones

–Yo estudio la interacción de la luz con los materiales, y especialmente la manera de manipular esa interacción y utilizarla para aprender fenómenos fundamentales.

–Bueno, ¿y cómo interactúa?

–La luz tiene un montón de maneras de interactuar, pero nosotros estudiamos una en particular, que es la excitación del material (de sus electrones, de sus propiedades magnéticas) a través de la luz. Y lo que decía de manipular la luz consiste en hacer estructuras que de alguna manera confinan la luz y la hacen resonar de la misma manera que un cierto tono hace resonar una guitarra.

–O sea, meterla adentro de un material y que resuene ahí...

–Claro, de tal manera de que la luz en vez de pasar y seguir de largo, “viva” un montón de tiempo en esa zona y aumente la interacción con moléculas o con el material que estemos estudiando.

–¿Y ahí qué pasa?

–Hay distintos regímenes: el más simple es aquel en el cual uno amplifica muchísimo la interacción. Por ejemplo, hemos mostrado en ciertas cavidades que podemos aumentar en el orden de cien millones de veces la interacción de la luz con las vibraciones. Y en la interacción con metales como el oro y la plata hemos mostrado que podemos amplificar la interacción de la luz con moléculas para detectar esas moléculas.

–Eso es lo más simple de todo.

–Por otro lado, cuando uno va a un régimen más fuerte es más interesante, porque la luz entra e interactúa de manera más intensa con esas vibraciones. De este modo pierde su entidad de luz (de fotón) y es como que se funde con las vibraciones, con las excitaciones electrónicas del material. Ya no hay dos cuerpos, como en el tango, sino que las dos bailan juntas. Entonces uno ve por un rato un fotón, por otro una excitación electrónica, y así sucesivamente. Eso ya no es más luz, sino que se le llama polaritón, y es una entidad nueva que tiene a la vez características de la luz y del material.

–¿Es materia?

–Es una mezcla. De a ratos materia, de a ratos radiación.

–Radiación electromagnética confinada.

–Exacto, la confinamos y hacemos que el baile sea tan fuerte que la armonía los hace indivisibles.

–¿Y qué marca el salto de materia a radiación?

–Cuando es materia se mueve interactuando con todas las otras cosas a través de la carga que se va desplazando, y cuando es luz se propaga con la velocidad de la luz.

–¿Pero de qué tipo es la excitación?

–Electrónica. Los núcleos quedan donde estaban y los electrones empiezan a oscilar con una frecuencia cercana a la de la luz, pero ya la luz desapareció y los electrones que quedan oscilando al rato se convierten en luz que empieza a propagarse, que al rato se vuelve a convertir en excitación de los electrones...

–Este es el régimen fuerte.

–Claro, el débil es el primero que le comenté, utilizar la amplificación de la luz en esa posición no para que vayan juntos sino para que impacten fuertemente. Esto sirve, por ejemplo, para detectar una molécula con muchísima sensibilidad.

–Volviendo al régimen fuerte...

–Bueno, estas cosas conjuntas, que son a la vez luz y excitación electrónica de materia, constituyen una nueva entidad: el polaritón. Alrededor de esto hay un montón de fenomenología nueva, por ejemplo la posibilidad de que un montón de partículas caiga todo a un mismo estado. Por ejemplo el láser: un montón de fotones se pone de acuerdo y van todos al mismo estado, con el mismo color, la misma fase, la misma dirección...

–¿Un polaritón es un láser?

–A diferencia del láser, el polaritón no es sencillamente luz sino que es una mezcla de materia y de luz.

–Sería una especie de láser de materia...

–Es un láser con características de luz y de materia.

–En el fondo sería un láser de electrones.

–Algo por el estilo.

–Y ¿qué haría usted con un polaritón? ¿Qué haría si le regalaran un polaritón para su cumpleaños?

–Nosotros lo usamos para divertirnos, por lo cual como regalo de cumpleaños es ideal.

–Pero en algún momento uno pasa de divertirse y busca un poquito más allá...

–Claro. Por eso hay gente que piensa en aplicaciones prácticas para el polaritón.

–A ver, cuénteme.

–Hay una cosa que se llama amplificación paramétrica, que es la posibilidad de venir de un color y salir con luz de otro color corrido en energía. Es un proceso que se usa para transformar color de luz, y se ha demostrado que este proceso es sumamente eficiente y esta conversión en dos colores es muy importante, porque todas las comunicaciones, las de fibra óptica, por ejemplo, necesitan de este método de conversión de colores.

–¿Ya se usa?

–No; son publicaciones de investigación muy recientes y como le decía creo que la mayor aplicación pasa sobre el régimen débil que implica una amplificación de procesos.

–¿Qué más podría hacer?

–La verdad es que, si me apura, le digo que no tengo la menor idea. Nuestro trabajo en realidad es entender bien cómo es esta interacción entre luz y materia, que todavía no está bien explicada teóricamente. Al fin y al cabo, es un polaritón, no le voy a andar dando instrucciones de cómo usarlo.

–Me faltan dos líneas.

–Bueno, ponga que cada uno hace con su polaritón lo que le plazca.

–Listo.

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